Factores de escala para la producción biotecnológica de etanol carburante

Resumen: Tradicionalmente el escalado de procesos químicos y bioquímicos se ha realizado con el uso de los números adimensionales. En el caso de los procesos bioquímicos, se tiene en cuenta relaciones que dan información acerca de las necesidades ambientales de la célula como la cantidad de oxígeno requerida para el transporte de electrones en los procesos metabólicos. Estos métodos de escalado se fundamentan en un régimen de operación asociado al fenómeno de transferencia de masa, energía y/o cantidad de movimiento en el proceso, es así, como se selecciona las relaciones de variables que dan origen a los números adimensionales y se escoge el criterio de escalado. Estos métodos han demostrado ineficiencias en los procesos de escalado al presentarse sobrediseños y sobrescostos asociados a ellos. En este trabajo se presenta una propuesta metodológica para escalado basada en el modelo del proceso. Para llegar a dicha propuesta, se realizó una revisión de los métodos de escalado tradicionales y su uso en procesos químicos y bioquímicos, identificando sus ventajas y desventajas, también el posible uso de modelos para escalado de procesos, identificando el conjunto de ecuaciones constitutivas que ayudan a completarlo. Surgió la necesidad de formular definiciones del Punto de Operación (PdeO) y Régimen de Operación (RdeO) de un proceso sustentadas en la revisión bibliográfica, para proponer finalmente el uso de una herramienta de la teoría de control, “la matriz de Hankel” al escalado de procesos. Por lo tanto se realizó una adaptación de esta teoría al escalado de procesos para obtener una propuesta metodológica para procesos químicos y bioquímicos. Esta metodología se aplicó a tres ejemplos, un reactor de tanque agitado operando en continuo, un intercambiador de calor y un fermentador en continuo para la producción de etanol de un jarabe glucosado. Los resultados obtenidos de los valores para los parámetros de diseño, arrojaron porcentajes de error inferiores al 10%, al comparar con los valores reportados en la literatura en el caso del escalado en el laboratorio, y al comparar con valores a escala industrial. Finalmente se consolidó la definición RdeO y PdeO, claves para el desarrollo de la propuesta metodológica basada en un Modelo Semifísico de Base Fenomenológica (MSBF).Doctorad

Producción de etanol a partir de la cáscara de banano y de almidón de yuca

En este trabajo se evaluó la hidrólisis ácida del almidón presente en yuca y de la celulosa presente en cáscara de banano y su posterior fermentación a etanol, se ajustaron los medios de fermentación para los microorganismos Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-2034 y Zymomonas mobilis CP4. Se caracterizó la cáscara de banano, la cual posee un contenido de almidón, celulosa y hemicelulosa que representan más del 80 % de la cáscara ameritando el estudio de ésta como fuente de carbono. La hidrólisis ácida de cáscara de banano produce 20 g/l de azúcares reductores. Para la Yuca con 170 g/l de almidón a; pH 0.8 en 5 horas se logra conversión completa a azúcares reductores y no se nota ningún efecto inhibitorio por parte de los cultivos realizados con cáscara de banano y yuca por la presencia de cianuro en la yuca y por la formación de compuestos tóxicos al hidrolizar la celulosa en banano. Para la fermentación realizada con Sacharomyces cerevisiae se logra una concentración de etanol de 7.92±0.31% y no se aprecia una producción considerable de etanol (menor de 0.1 g/l) para ninguno de los medios fermentados con Zymomonas mobilis

Biotratamiento de las aguas residuales de una planta de enlatado de vegetales

Resumen: En este trabajo se evaluó la efectividad de cultivos mixtos comerciales utilizados para el tratamiento de las aguas residuales de una de las empresas comercializadora de estos en Colombia. La entrada de ellos al país ha ocasionado un cambio en los tratamientos tradicionalmente anaerobios de las aguas residuales industriales, siendo reemplazados por tratamientos aerobios -facultativos. Para su aplicación en esta investigación se realizó inicialmente la caracterización fisicoquímica y microbiológica de las aguas residuales de la industria de enlatado de vegetales. Luego de analizar esta situación inicial se seleccionaron los cultivos mixtos adecuados para aguas residuales con contenido de materia orgánica y grasas y aceites y se realice la inoculación a la cual se Ie hizo seguimiento durante 40 días. Durante los primero 15 a 20 días el sistema se encontró en un proceso de estabilización; después se observó variaciones en las concentraciones de los parámetros fisicoquímicos y colonización de la microbiota. En cuanto a la microbiota inoculada en el tanque Imhoff donde se "lleva a cabo el tratamiento biológico se vio que la concentración de coliformes disminuyo con el tratamiento, y se registró crecimiento de Bacillus totales, bacterias heterótrofas y levaduras, las cuales favorecen el proceso. La concentración de hongos, bacterias sulfatorreductoras, fijadoras de nitrógeno y anaerobias registró una disminución. Este proceso logro una eficiencia del 66.65% en DQO, del 73.33% en DBO, del 82% en grasas y aceites y del 82.2% en detergentes. Se encontró que el pH óptimo de trabajo para el cultivo es de 7 y que el cultivo contiene suficiente concentración de fosforo y nitrógeno como nutrientes esencialesAbstract: In this paper we evaluated the effectiveness of commercial mixed cultures used for the treatment of wastewater from one of the companies marketing these in Colombia. Their entrance into the country has resulted in a change in traditionally anaerobic treatment of industrial waste water, being replaced by-facultative aerobic treatments. For its application in this research was initially conducted Physicochemical and microbiological characterization of wastewater from vegetable canning industry. After analyzing this initial situation were selected mixed cultures suitable for wastewater containing organic matter and fats and oils. And Realize inoculation at which Ie followed for 40 days. During the first 15-20 days the system was found in a process of stabilization, after changes were observed in the concentrations of physicochemical parameters and colonization of microbiota. Regarding the microbiota inoculated into the Imhoff tank where "eva out biological treatment is via the coliform concentration decreased with treatment, and growth of Bacillus log total heterotrophic bacteria and yeasts, which favor the process. the concentration of fungi, sulfate-reducing bacteria, and anaerobic nitrogen fixing register a decline. This process achieving an efficiency of 66.65% for COD, BOD of 73.33%, from 82% in fats and oils and 82.2% in detergents. was found that the optimum working pH for cultivation is 7 and that the culture contains sufficient phosphorus and nitrogen as nutrient

Integrated dynamic model of the alkaline delignification process of lignocellulosic biomass

Although in the public literature there are several studies that describe models of alkaline delignification, they were originallydeveloped for the paper industry, and do not include the effects of important operating variables such as temperature, hydroxide-ionconcentration, solid to liquid weight ratio, particle size, biomass composition (hemicellulose, lignin fraction) and mixing. This lack of detailed models of the pretreatment stages prompted the current study that describes a model which includes the variables listed above and provides an important tool for predicting the degree of lignin removal in lignocellulosic materials such as sugarcane bagasse (Saccharum officinarum L). The model considers kinetic expressions available in the literature. The kinetic parameters were determined by fitting the model to experimental data obtained for that purpose in our lab. The experimental matrix considered eighteen, 24-h isothermal experiments in which bulk and residual delignification stages were observed to occur in a parallel manner. Carbohydrate removal and hydroxide consumption were related to lignin removal by effective stoichiometric coefficients that were calculated by fitting the experimental data. A mixing compartment network model that represented mixing inside the reactor was included into a temporal superstructure based on the similarity between plug flow reactors and ideal batch reactors to model a non-ideally mixed batch reactor. The kinetic model was validated with data obtained in this study

Producción de ácido cítrico con aspergillus niger nrrl 2270 a partir de suero de leche

Con el fin de aprovechar el subproducto de la fabricación de queso blanco, se evaluó el suero de leche como sustrato para la producción de ácido cítrico utilizando Aspergillus niger NRRL 2270. Para este sustrato se comparó la hidrólisis ácida y enzimática de la lactosa con el fin de proporcionar al microorganismo una fuente de carbono más asimilable. En el suero entero (SE) y desproteinizado e hidrolizado (SDH), se estudió el efecto del pH y la adición de nitrógeno, además en el suero hidrolizado (SH) la complementación con sacarosa; posteriormente se estudió la adición de nitrógeno y fósforo en el SE y SDH; se determinó la producción de ácido cítrico al agregar magnesio, carboximetil celulosa (CMC), gelatina y metanol al SE. El proceso fermentativo se realizó en cultivo sumergido discontinuo agitado y a las mejores condiciones nutricionales se hizo un seguimiento de las variables del proceso en el tiempo